软磁铁氧体基本概念和制备工艺

软磁铁氧体材料的基本概念和制备工艺文献报告报告人：xxx时间：2013.08.27主要内容1.软磁铁氧体的基本概念2.软磁铁氧体的常见参数3.软磁铁氧体的制备工艺Contents12013.08.271.软磁铁氧体的概念和分类（1）软磁铁氧体：指以Fe2O3为主要成分，与其它金属氧化物混合在一起通过粉末冶金的方法制备而成的矫顽力小，容易磁化的功能材料。（2）从应用角度来分，可分为三类:a.功率铁氧体b.高磁导率铁氧体c.抗电磁干扰铁氧体22013.08.271.1功率铁氧体(1)

主要特征是在高频高磁感应强度下，仍保持很低的功率损耗，而且其功率损耗随磁芯的温度升高而下降，在100℃左右达到最低点，从而使磁芯处于一种良性循环状态。(2)功率铁氧体是现在产量最大的软磁材料，现代功率铁氧体材料主要分为两大类：一类为高频低功耗材料，主要用于高频开关电源；另一类为偏转磁芯，主要用于高清晰度彩色电视机和显示器。32013.08.271.1.1功率铁氧体的发展历史第二代功率铁氧体（1984）第一代功率铁氧体（1975）第三代功率铁氧体（1990）第四代功率铁氧体（1995）

代表：TDKH3SFDKH45Philips3C8代表：TDKPC30（H7C1）

代表：TDKPC40PC44

损耗高，且工作频率仅20KHz20世纪90年代到21世纪初代表：TDKPC50Philips3F33F43F5

代表：TDKPC44PC45PC46PC47PC90PC95TOKINBH1具有宽温低损耗特性和高温直流叠加特性，功耗低至250KW/m3特点是功耗温度系数为负值，工作频率提高到25-200KHz高频损耗大幅下降，工作频率提高到100-500KHz工作频率从300KHz甚至提高到4MHz开关电源工作频率不断提高1.1.2功率铁氧体的发展趋势1发展趋势

继续向超低功耗方向发展继续向高频化方向发展向多元化方向发展，其一：宽温低损耗材料；其二：高Bs低损耗材料可以看出，今后功率铁氧体材料研究开发的重点仍然是向小型化、高频化、低损耗化方向发展，同时要求材料具有更高的室温及高温Bs、更好的直流叠加特性及温度特性等。52013.08.271.1.3功率铁氧体的部分产品性能指标62013.08.271.2高起始磁导率铁氧体（1）概念：磁导率是衡量软磁铁氧体材料性能的主要基本参数，通常将初始磁导率在5000材料称为高磁导率铁氧体。（2）主要特征：是磁导率特别高,一般要求达到10000以上,且损耗较小，从而可积缩小磁芯体适应元器件向小型化、轻量化发展的需要。（3）应用：高磁导率铁氧体材料主要用于宽带变压器、漏电保护器、宽频带电感器、变压器和电子镇流器中。72013.08.271.2.1高磁导率铁氧体发展历程德国siemensµi=40000，Tc=40oC，无实用价值1966年1971年80年代21世纪高磁导率TDKH5C3µi=13KH5C5µi=30KH5C5的损耗更小日本住友µi=20000并能在较宽的温度范围内保持磁导率Tc从40oC提高到130oC低的总谐波失真TDKDN40DN70EPCOST38T66T66的温度稳定性更好82013.08.271.2.2高磁导率铁氧体的发展趋势

三大发展趋势高磁导率铁氧体有更好的直流叠加性能高磁导率铁氧体磁芯有低的总谐波失真更高的磁导率，高居里温度Tc，低损耗和低温度系数，高截止频率，即宽频高磁导率92013.08.271.2.3高磁导率铁氧体部分产品的性能指标102013.08.271.3抗电磁干扰铁氧体（1）利用铁氧体材料的电磁损耗机理，对电磁干扰信号进行大量吸收，达到抗电磁干扰的目的，主要用于固定电感器、抗电磁干扰滤波器、抑制器和片式电感器。（2）抗电磁干扰材料通常为NiZn铁氧体材料，这类材料电阻率高，可用于高频。但NiZn铁氧体材料磁导率相对较低，低频阻抗小，在低频抗电磁干扰能力较弱，所以低频抗EMI材料通常用MnZn铁氧体材料。（3）抗电磁干扰MnZn铁氧体材料的发展趋势：更高阻抗，更宽频率范围内有高的阻抗。112013.08.272.软磁铁氧体的常见参数2.1.1起始磁导率概念起始磁导率µi是材料在弱磁场磁化过程中的一个宏观特性表示量，是磁性材料的磁导率（B/H）在磁性曲线始端的极限值，其微观机制是可逆磁畴矢量转动和可逆畴壁位移，起始磁导率是这两个磁化过程的叠加。公式：122013.08.272.1.2高µi的优势与不足优势1：优势3：优势2不足相同电感量要求下，器件体积可以越小，这对小型化十分必要由于线圈匝数少，导线电阻造成的钢损相应下降µi高的材料，出现畴壁共振、自然共振的频率必然低，在高频应用时，将出现很大的共振损耗，使Rx增大高µi在磁路中漏磁一类的杂散磁场的影响也可减小因此，选择材料的µ值，应根据工作频率与所要求的Q值来决定。132013.08.272.1.3提高软磁铁氧体µi的条件（1）原材料：纯度高、活性好、杂质少，特别应注意半径较大的杂质离子。（2）配方基本成分不仅要满足高Ms，更要满足K1≈0，λs≈0的条件,加入必要的添加剂起改善磁性能的作用。（3）保证获得高密度及优良显微结构的工艺条件，二次还原烧结法和平衡气氛烧结法是获得隐定优良性能必不可少的条件。（4）采用适当的热处理工艺改善显微结构性能，促使均匀化，消除内应力，调节离子、空位的稳定分布状态。142013.08.272.2磁损耗（1）软磁材料在弱交变磁场中一方面会受磁化而储能，另一方面由于各种原因造成B落后于H而产生损耗，即材料从交变场中吸收能并以热的形式耗散的功率。（2）一般用tanδ/µi来衡量材料的损耗特性，通常要求tanδ/µi越小或µQ乘积越高越好。（3）磁损耗分类:粗略考虑，铁氧体材料的单位体积的总磁损耗W是由涡流损耗Wδ、磁滞损耗Wh和剩余损耗We三部分所组成，即：W≈Wδ+Wh+We152013.08.272.2.2降低磁损耗的方法涡流损耗：比涡流损耗与样品的厚度d2和频率f成正比，而与电阻率ρ成反比。降低涡流损耗的关键是减小样品的厚度d或(半径R）和提高材料的电阻率ρ。磁滞损耗：对于低频软磁材料，特别是工作磁场较高时，磁滞损耗在总损耗中占有较大的比例。粒较小、均匀、形状完整，晶界较厚、气孔少、各向异性K1较小。剩余损耗：软磁铁氧体的剩余损耗在低温主要由Fe2+↔Fe3++e之间的电子扩散引起，损耗也延续到高温。防止扩散考虑，必须控制Fe2+含量。162013.08.272.3稳定性2.3.1时间稳定性（1）减落：磁导率随时间的减落是一种可逆的变化，它是

材料的不稳定性之一，这种现象较为严重时会造成电路工作不稳定。通过控制控制Fe2+数量和优化烧结工艺的方法降低减落。（2）材料的磁特性随时间增长而不断下降，且这种变

化

是不可逆变化，则称为磁老化。

采用人工老化办法可达到在应用时的稳定性。172013.08.272.3.2温度稳定性铁氧体的居里温度Ɵf比金属磁低，稳定性比金属磁差，组成和价态易受外界影响而发生变化，给材料制造和使用造成困难。µi随温度的变化将引起电感量的改变从而影响电感器件工作的稳定性。作为使用材料的要求，希望温度稳定性越高即比温度系数aµ/µi值越小越好。软磁铁氧体的起始磁导率µi随温度的变化有一个或两个峰值，峰值的出现是由于磁导率µi与饱和磁化强度Ms2成正比，与磁晶各向异性常数K1、磁致伸缩系数λs与内应力δi的乘积成反比，而这些参量都是温度的函数，因此，磁导率µi就是温度的复杂函数。182013.08.272.4截止频率由于软磁材料畴壁共振及自然共振的影响，使软磁材料的µ’值降为起始值的一半且µ”达到峰值时的频率，称为截止频率fr。按照不同的适用频率分：中低频段（20～150kHz）、中高频段（100～500kHz）、超高频段（500~1MHz）。

截止频率是软磁材料能够应用的频率范围的重要标志。材料的µi愈高，其截止频率fr愈低。各类软磁铁氧体材料的fr不同，其应用频率上限与fr有关。如材料的Q值高，使用时的要求较低，应用频率可高些。192013.08.271.3